用于派生类的通用对象，用于实例化和返回目的

Question

我想创建一个图形对象，当我沿着它绘制时，它可以在不同的数学函数之间切换。我目前将当前数学函数作为一个对象保留在图形对象中，因此当我调用它的绘图函数时它知道要遵循什么，并且我正在尝试使用多态性来描述不同类型的数学函数。我当前的（非工作）代码如下所示：

#pragma once
#include<array>

class MathExpression
{
public:
    virtual ~MathExpression() = default;
    virtual MathExpression integrate() const = 0;
};

class Polynomial : public MathExpression
{
public:
    Polynomial(std::array<double, 5> coefficients) : coefficients(coefficients) {};
    Polynomial() : coefficients(std::array<double, 5>{0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0}) {};
    Polynomial(const Polynomial& p) : coefficients(p.coefficients) {};
    ~Polynomial() = default;

    Polynomial integrate() const;
    std::array<double, 5> getCoefficients() const;
private:
    std::array<double, 5> coefficients;
};

class Exponential : public MathExpression
{
public:
    Exponential(std::array<double, 3> coefficients) : coefficients(coefficients) {};
    Exponential() : coefficients(std::array<double, 3>{0.0, 0.0, 0.0}) {};
    Exponential(const Exponential& e) : coefficients(e.coefficients) {};
    ~Exponential() = default;

    Exponential integrate() const;
    std::array<double, 3> getCoefficients() const;
private:
    const std::array<double, 3> coefficients;
};

class Graph
{
public:
    Graph() = default;
    MathExpression getCurrentCurve() {return current_curve;}
    void setCurrentCurve(const MathExpression& curve) {
        current_curve = curve;
        return;
    }
private:
    MathExpression current_curve;
};

此代码不起作用，因为 mathExpression 是一个包含纯虚函数的抽象 class，因此我既不能创建它的实例，也不能从函数中创建它 return。我也从派生的 classes 的 integrate() 函数中得到错误，即 return 类型 (Polynomial/Exponential) 与 return 类型 MathExpression 不相同也不协变覆盖的 integrate() 函数。

我需要找到解决这两个问题的方法：

如何在 Graph 中拥有一个通用成员，它可以是 mathExpression 的任何派生 class 并且可以随意重新定义，甚至是其他派生的 classes（从多项式到指数，例如）。
如何 return 从 Graph 内部的成员函数或派生的 class 类型（例如 getCurrentCurve() 或 integrate()）导出 class 类型。

我该如何解决this/work这些问题？

Answer 1

正如@PaulMcKenzie 所建议的，只需使用多态性（例如，使用智能指针）。也就是说，您管理指向基 class、MathExpression 的指针，并创建派生的 classes、Polynomial 和 Exponential 的堆实例（使用 new 或 make_unique 或 make_shared）。由于您似乎要返回派生 classes 的实例并共享它们，您可能需要使用 shared_pointers.

开始的可能实现：

[Demo]

#include <array>
#include <memory>  // make_shared, shared_ptr

class MathExpression
{
public:
    virtual ~MathExpression() = default;
    virtual std::shared_ptr<MathExpression> integrate() const = 0;
};

class Polynomial : public MathExpression
{
public:
    Polynomial(std::array<double, 5> coefficients) : coefficients(coefficients) {};
    Polynomial() : coefficients(std::array<double, 5>{0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0}) {};
    Polynomial(const Polynomial& p) : coefficients(p.coefficients) {};
    ~Polynomial() = default;

    std::shared_ptr<MathExpression> integrate() const { return std::make_shared<Polynomial>(); }
    std::array<double, 5> getCoefficients() const;
private:
    std::array<double, 5> coefficients;
};

class Exponential : public MathExpression
{
public:
    Exponential(std::array<double, 3> coefficients) : coefficients(coefficients) {};
    Exponential() : coefficients(std::array<double, 3>{0.0, 0.0, 0.0}) {};
    Exponential(const Exponential& e) : coefficients(e.coefficients) {};
    ~Exponential() = default;

    std::shared_ptr<MathExpression> integrate() const { return std::make_shared<Exponential>(); }
    std::array<double, 3> getCoefficients() const;
private:
    const std::array<double, 3> coefficients;
};

class Graph
{
public:
    Graph() = default;
    std::shared_ptr<MathExpression> getCurrentCurve() { return current_curve; }
    void setCurrentCurve(const std::shared_ptr<MathExpression>& curve) {
        current_curve = curve;
        return;
    }
private:
    std::shared_ptr<MathExpression> current_curve{};
};

int main() {
    std::shared_ptr<MathExpression> p{std::make_shared<Polynomial>()};
    std::shared_ptr<MathExpression> e{std::make_shared<Exponential>()};
}

用于派生类的通用对象，用于实例化和返回目的

Generic object for derived classes for instantiation and returning purposes

c++

polymorphism

abstract-class

用于派生 类 的通用对象，用于实例化和返回目的

Generic object for derived classes for instantiation and returning purposes

c++

polymorphism

abstract-class

用于派生类的通用对象，用于实例化和返回目的